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Exponentially Improved Quantum memory

Descrizione del progetto

L’aumento delle interferenze elimina la diffusione della luce in efficienti dispositivi di memoria quantistica

La memoria quantistica è un’interfaccia tra luce e materia (atomi) basata sulla memorizzazione e il recupero di informazioni quantistiche fotoniche o dello stato quantico di un fotone. Un obiettivo generale nell’ottica quantistica è migliorare l’efficienza e il controllo delle interazioni tra fotoni e mezzo atomico. L’emissione spontanea in cui i fotoni vengono assorbiti dagli atomi e quindi diffusi in modi indesiderati rappresenta una sfida importante. La radianza selettiva è un fenomeno descritto di recente che consente una soppressione considerevole della diffusione attraverso forti interferenze nell’emissione tra atomi. Il progetto ExIQ, finanziato dall’UE, sta valutando sperimentalmente questo fenomeno teorico con l’obiettivo di dimostrare le prestazioni della memoria quantistica con un margine di errore molto piccolo, supportando lo sviluppo di future reti quantistiche.

Obiettivo

We plan to demonstrate a new approach towards quantum memories based on a theoretical proposal which is centered around the phenomenon of selective radiance. Selective radiance occurs when the distance between emitters around a waveguide is smaller than the wavelength of the emitters. In this case destructive interference suppresses light scattering into all modes except the forward propagating target mode. This drastically reduces photon losses and increases the efficiency of the quantum memory operation. The error rate of such a new type of quantum memory scales with the optical depth (OD) as exp(-OD) in contrast to the previously established 1/OD. We plan to implement this new scheme with atomic emitters coupled to a nanofiber. Nanofiber based atom-light interfaces are versatile and scalable platforms which allow to precisely study these fundamental quantum effects and at the same time allow for easy integration into fiber based applications. The effect of selective radiance depends upon a lattice with a period smaller than the emitter wavelength. This will be achieved through an appropriate new choice of the laser wavelengths used in the optical trapping scheme. For best memory performance all lattice sites need to be filled. To realize this we use a collisional blockade effect in a Lambda-enhanced gray molasses cooling which ejects one atom every time two or more atoms are present at a lattice site. To optimize the quantum memory performance we will perform an in-depth study of the phenomenon of selective radiance by analyzing the transmission spectrum, the scattering into free space and by ring-down measurements. In the last step we will demonstrate the quantum memory performance and the exponential scaling with OD. The successful demonstration of this type of quantum memory is an important steps towards large distance distribution of quantum information and paves the way for future quantum networks.

Coordinatore

HUMBOLDT-UNIVERSITAET ZU BERLIN
Contribution nette de l'UE
€ 162 806,40
Indirizzo
UNTER DEN LINDEN 6
10117 Berlin
Germania

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Regione
Berlin Berlin Berlin
Tipo di attività
Higher or Secondary Education Establishments
Collegamenti
Costo totale
€ 162 806,40